制作定向纤维增强复合材料测试试样的模具及使用方法技术

本发明专利技术公开了高效低成本制作定向纤维增强复合材料力学性能测试试样的模具及其使用方法，所述模具包括芯模、两个盖板、连接轴，以及四个A镶件或四个B镶件；本发明专利技术省掉了传统方法制备拉伸或压缩强度试样须粘接加强片的繁琐过程，高效、可靠地制备定向纤维增强复合材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切和冲击强度测试试样，可广泛地在碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、涤纶和锦纶等纤维行业及其复合材料领域推广应用。

【技术实现步骤摘要】
制作定向纤维增强复合材料测试试样的模具及使用方法
本专利技术属于纤维增强复合材料力学性能测试领域，具体涉及一种制作定向纤维增强复合材料测试试样的模具及其使用方法，可应用于纤维、树脂(塑料)和复合材料行业。
技术介绍
随着科学技术的发展，纤维增强复合材料得到了越来越广泛的应用研究。定向纤维增强复合材料(0°、90°和0°/90°混杂)的力学性能是纤维增强复合材料结构设计、材料设计和铺层设计的基本参数，而定向纤维增强复合材料力学性能测试试样制备的模具及制作方法为其关键。纤维增强复合材料力学性能测试项目主要有拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、剪切性能和冲击性能。因为缠绕成型是复合材料行业的主要工艺之一，通过缠绕成型制备定向纤维增强复合材料力学性能测试试样是行业普遍采用的技术。目前，缠绕工艺制作定向纤维增强复合材料弯曲性能、剪切性能和冲击性能标准的制作过程为“两步法”，即试样平板的缠绕和后加工处理；而制作拉伸性能和压缩性能标准的制作过程为“三步法”，即在两步法的基础上增加加强片的粘接步骤。加强片的粘接步骤是将具有典型结构和特殊要求的加强片与试样通过胶黏剂在一定的温度和压力下粘接在一起。在复合材料行业中粘接过程本就是一个特殊过程，不仅需要额外工艺装备辅助，还存在工艺过程控制难和粘接厚度不均等问题。所以导致定向纤维增强复合材料拉伸性能和压缩性能制作周期长，费用高、成功率低，可靠性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决定向纤维增强复合材料拉伸性能和压缩性能测试试样制作工艺难度大，需额外工艺装备辅助、粘接强度难控制和粘接厚度不均等问题，提供一种制作定向纤维增强复合材料测试试样的模具及其使用方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：制作定向纤维增强复合材料测试试样的模具，所述模具包括芯模、两个盖板、连接轴，以及四个A镶件或四个B镶件；所述两个盖板的四角均具有缺口或凸起，所述芯模的一侧型面为平面，另一侧型面中间为矩形凸台一；所述芯模的四角具有与盖板四角相匹配的凸起或缺口；其中一个盖板中间具有与所述芯模的矩形凸台一对应的矩形凸台二；所述芯模的连接轴与缠绕机的主轴和芯模连接；矩形凸台一和矩形凸台二的四个侧面均为斜面；其中两个A镶件相对设置在芯模具有矩形凸台一的一侧型面上，两个A镶件与矩形凸台一两个相对应设置的侧面均为斜面，两个A镶件均与矩形凸台一的两个相对应设置的斜面相贴靠，所述两个A镶件与矩形凸台一位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台一斜面的倾斜方向一致并对齐设置，另两个A镶件相对设置在设有矩形凸台二的盖板上，所述另两个A镶件与矩形凸台二另两个相对应的侧面均为斜面，另两个A镶件均与矩形凸台二两个相对应的斜面相贴靠，该另两个A镶件与矩形凸台二位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台二斜面倾斜方向一致并对齐设置；或者，其中两个B镶件相对设置在芯模具有矩形凸台一的一侧型面上，两个B镶件与矩形凸台一的另两个相对应的侧面均为斜面，该其中两个B镶件与矩形凸台一的另两个斜面相贴靠，所述两个B镶件与矩形凸台一位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台一斜面的倾斜方向一致并对齐设置；另两个B镶件相对设置在设有矩形凸台二的盖板上，所述另两个B镶件与矩形凸台二相对应的侧面均为斜面，另两个B镶件均与矩形凸台二另两个相对应的斜面相贴靠，该另两个B镶件与矩形凸台二位于同侧的侧面也为斜面，且倾斜方向与矩形凸台二斜面倾斜方向一致并对齐设置；矩形凸台一与矩形凸台二等高，四个A镶件或者四个B镶件均与矩形凸台一或矩形凸台二等高；两个盖板均盖装在芯模的两个型面上。一种上述模具的使用方法，所述方法具体为：(1)用所述连接轴将所述芯模与缠绕机连接；(2)对芯模和盖板的非凸台型面使用脱模剂进行处理或粘贴带胶脱模布，对A镶件和B镶件除与矩形凸台一或矩形凸台二等高的型面之外的其他5面使用脱模剂进行处理或粘贴带胶脱模布；(3)选择四个A镶件或四个B镶件，沿对应的矩形凸台一或矩形凸台二斜面配对装配，再使用带脱胶模布将其与矩形凸台一或矩形凸台二粘接固定；具体地，若选择四个A镶件，其中两个A镶件相对设置在芯模所述一侧型面上，并与矩形凸台一的两个相对称设置的斜面相贴靠，另两个A镶件相对设置在设有矩形凸台二的盖板上，并与矩形凸台二的两个相对称设置的斜面相贴靠；若选择四个B镶件，其中两个B镶件相对设置在芯模所述一侧型面上，并与矩形凸台一另两个相对称设置的斜面相贴靠，另两个B镶件相对设置在设有矩形凸台二的盖板上，并与矩形凸台二另两个相对称设置的斜面相贴靠；(4)在步骤(3)中，若选择了四个A镶件，则在芯模具有矩形凸台一的一侧型面上位于B镶件的区域内以及盖板具有矩形凸台二的一侧型面上位于B镶件的区域内居中固定铝合金板或手糊铺放与矩形凸台一或矩形凸台二等高的湿法浸渍纤维布；若选择了四个B镶件，则在芯模具有矩形凸台一的一侧型面上位于A镶件的区域内以及盖板具有矩形凸台二的一侧型面上位于A镶件的区域内居中固定铝合金板或手糊铺放与矩形凸台一或矩形凸台二等高的湿法浸渍纤维布；(5)按通用的湿法缠绕工艺，在芯模上进行环向缠绕，缠绕角为80°-90°；(6)分别将两个盖板通过缺口或凸起与所述芯模合模；(7)将模具从缠绕机上断开连接后，拆除连接轴；(8)按设定固化制度通过平板硫化机加热加压固化，并在压机加全压后沿芯模侧面将缠绕纤维割断；(9)当模具冷却至环境温度后，拆开两个盖板，取出已固化的两块复合材料；(10)对具有矩形凸台一及矩形凸台二一侧成型的复合材料板加工制作拉伸或压缩弯曲性能测试试样，对另一块复合材料加工制作弯曲性能、剪切性能和冲击性能测试试样。本专利技术相对于现有技术的有益效果为：1、彻底去除传统拉伸性能测试试样制备中的加强片的粘接步骤，制样精度由模具保证，可靠性高，并节省了制作周期，节约了成本。2、可高效实现定向纤维拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、剪切性能和冲击性能试样制作。3、对缠绕机无特殊要求，普通两轴缠绕机即可完成。附图说明图1为本专利技术的模具结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式记载的是制作定向纤维增强复合材料测试试样的模具，所述测试试样指的是测试力学性能的测试试样，所述模具包括芯模1、两个盖板2、连接轴5，以及四个A镶件3或四个B镶件4；所述两个盖板2的四角均具有缺口或凸起，所述芯模1的一侧型面为平面，另一侧型面中间为矩形凸台一；所述芯模1的四角具有与盖板2四角相匹配的凸起或缺口；其中一个盖板2中间具有与所述芯模1的矩形凸台一对应的矩形凸台二；所述芯模1的连接轴5与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制作定向纤维增强复合材料测试试样的模具，其特征在于：所述模具包括芯模(1)、两个盖板(2)、连接轴(5)，以及四个A镶件(3)或四个B镶件(4)；/n所述两个盖板(2)的四角均具有缺口或凸起，/n所述芯模(1)的一侧型面为平面，另一侧型面中间为矩形凸台一；所述芯模(1)的四角具有与盖板(2)四角相匹配的凸起或缺口；/n其中一个盖板(2)中间具有与所述芯模(1)的矩形凸台一对应的矩形凸台二；/n所述芯模(1)的连接轴(5)与缠绕机的主轴和芯模(1)连接；/n矩形凸台一和矩形凸台二的四个侧面均为斜面，/n其中两个A镶件(3)相对设置在芯模(1)具有矩形凸台一的一侧型面上，两个A镶件(3)与矩形凸台一两个相对应设置的侧面均为斜面，两个A镶件(3)均与矩形凸台一的两个相对应设置的斜面相贴靠，所述两个A镶件(3)与矩形凸台一位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台一斜面的倾斜方向一致并对齐设置，/n另两个A镶件(3)相对设置在设有矩形凸台二的盖板(2)上，所述另两个A镶件(3)与矩形凸台二另两个相对应的侧面均为斜面，另两个A镶件(3)均与矩形凸台二两个相对应的斜面相贴靠，该另两个A镶件(3)与矩形凸台二位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台二斜面倾斜方向一致并对齐设置；/n或者，其中两个B镶件(4)相对设置在芯模(1)具有矩形凸台一的一侧型面上，两个B镶件(4)与矩形凸台一的另两个相对应的侧面均为斜面，该其中两个B镶件(4)与矩形凸台一的另两个斜面相贴靠，所述两个B镶件(4)与矩形凸台一位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台一斜面的倾斜方向一致并对齐设置；/n另两个B镶件(4)相对设置在设有矩形凸台二的盖板(2)上，所述另两个B镶件(4)与矩形凸台二相对应的侧面均为斜面，另两个B镶件(4)均与矩形凸台二另两个相对应的斜面相贴靠，该另两个B镶件(4)与矩形凸台二位于同侧的侧面也为斜面，且倾斜方向与矩形凸台二斜面倾斜方向一致并对齐设置；/n矩形凸台一与矩形凸台二等高，四个A镶件(3)或者四个B镶件(4)均与矩形凸台一或矩形凸台二等高；两个盖板(2)均盖装在芯模(1)的两个型面上。/n...

【技术特征摘要】
1.制作定向纤维增强复合材料测试试样的模具，其特征在于：所述模具包括芯模(1)、两个盖板(2)、连接轴(5)，以及四个A镶件(3)或四个B镶件(4)；
所述两个盖板(2)的四角均具有缺口或凸起，
所述芯模(1)的一侧型面为平面，另一侧型面中间为矩形凸台一；所述芯模(1)的四角具有与盖板(2)四角相匹配的凸起或缺口；
其中一个盖板(2)中间具有与所述芯模(1)的矩形凸台一对应的矩形凸台二；
所述芯模(1)的连接轴(5)与缠绕机的主轴和芯模(1)连接；
矩形凸台一和矩形凸台二的四个侧面均为斜面，
其中两个A镶件(3)相对设置在芯模(1)具有矩形凸台一的一侧型面上，两个A镶件(3)与矩形凸台一两个相对应设置的侧面均为斜面，两个A镶件(3)均与矩形凸台一的两个相对应设置的斜面相贴靠，所述两个A镶件(3)与矩形凸台一位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台一斜面的倾斜方向一致并对齐设置，
另两个A镶件(3)相对设置在设有矩形凸台二的盖板(2)上，所述另两个A镶件(3)与矩形凸台二另两个相对应的侧面均为斜面，另两个A镶件(3)均与矩形凸台二两个相对应的斜面相贴靠，该另两个A镶件(3)与矩形凸台二位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台二斜面倾斜方向一致并对齐设置；
或者，其中两个B镶件(4)相对设置在芯模(1)具有矩形凸台一的一侧型面上，两个B镶件(4)与矩形凸台一的另两个相对应的侧面均为斜面，该其中两个B镶件(4)与矩形凸台一的另两个斜面相贴靠，所述两个B镶件(4)与矩形凸台一位于同侧的侧面也为斜面，且斜面倾斜方向与矩形凸台一斜面的倾斜方向一致并对齐设置；
另两个B镶件(4)相对设置在设有矩形凸台二的盖板(2)上，所述另两个B镶件(4)与矩形凸台二相对应的侧面均为斜面，另两个B镶件(4)均与矩形凸台二另两个相对应的斜面相贴靠，该另两个B镶件(4)与矩形凸台二位于同侧的侧面也为斜面，且倾斜方向与矩形凸台二斜面倾斜方向一致并对齐设置；
矩形凸台一与矩形凸台二等高，四个A镶件(3)或者四个B镶件(4)均与矩形凸台一或矩形凸台二等高；两个盖板(2)均盖装在芯模(1)的两个型面上。


2.根据权利要求1所述的制作定向纤维增强复合材料力学性能测试试样的模具，其特征在于：所述芯模(1)的长度为90°定向纤维增强复合材料拉伸或压缩性能试样要求的总长度加上两倍所述缺口或凸起占用的长度尺寸；宽度为0°定向纤维增强复合材料拉伸或压缩性能试样要求的总长度。


3.根据权利要求1所述的制作定向纤维增强复合材料力学性能测试试样的模具，其特征在于：所述矩形凸台一或矩形凸台二的长度为90°定向纤维增强复合材料拉伸或压缩性能试样要求的总长度减去两倍加强片长度；宽度为0°定向纤维增强复合材料拉伸或压缩性能试样要求的总长度减去两倍加强片长度；高度为定向纤维增强复合材料拉伸或压缩性能试样要求的加强片厚度；矩形凸台一或矩形凸台二四个斜面斜度均为5°-89°。


4.根据权利要求1所述的制作定向纤维增强复合材料力学性能测试试样的模具，其特征在于：所述A镶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈中武，黄玉东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23